打破思維定勢 促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展 ①——2020年南京市中考物理第26題賞析

賈 麗

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)仙林學(xué)校初中部，江蘇 南京 210046)

筆者在物理教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于受應(yīng)試教育等因素影響,學(xué)生在頭腦中存在著多種思維定勢。尤其是在做物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往受類似實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的影響，思維受到了限制，難以將新的情景與所學(xué)知識建立聯(lián)系，難以將學(xué)科知識進(jìn)行科學(xué)分析和靈活應(yīng)對，因此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力顯得尤為重要。筆者以2020年南京市中考電學(xué)實(shí)驗(yàn)題為例，分析其命題思路，提出幫助學(xué)生打破思維定勢的教學(xué)建議。

1 試題呈現(xiàn)

有兩個(gè)阻值未知的定值電阻R1、R2(R1約6Ω，R2約500Ω)和一個(gè)電水壺。要求測出未知電阻的阻值和電水壺的額定功率。

(1) 圖1甲是測量R1阻值的部分實(shí)物圖，電源為兩節(jié)干電池。

① 用一根導(dǎo)線將電路連接完整(連線不得交叉)。

② 閉合開關(guān)前，滑動變阻器的滑片P應(yīng)滑到________(選填“A”或“B”)端。

③ 閉合開關(guān)，移動滑片P，發(fā)現(xiàn)電壓表有示數(shù)、電流表無示數(shù)，故障可能是導(dǎo)線________(選填“a”“b”或“c”)內(nèi)部斷路。

④ 排除故障后，閉合開關(guān)，移動滑片P，當(dāng)電壓表示數(shù)為1.2V時(shí)，電流表示數(shù)如圖1乙所示，則R1=________Ω。

圖1

(3) 小華利用家里的電子式電能表和秒表估測電水壺的額定功率。她只讓電水壺正常工作，記下電能表的指示燈閃爍n1次所用時(shí)間為t1。由于電能表常數(shù)被遮擋，她借助額定功率為P0的電熱水器，只讓電熱水器正常工作，記下指示燈閃爍n2次所用時(shí)間為t2。則電水壺的額定功率為________。

2 試題賞析

本題任務(wù)明確，要求測量兩個(gè)未知電阻的阻值和一個(gè)電水壺的功率，涉及電路連接、故障分析、電路設(shè)計(jì)、伏安法測電阻、應(yīng)用電能表測電功率等知識點(diǎn)。命題者設(shè)計(jì)了3個(gè)測量任務(wù)，意在考查學(xué)生在利用伏安法進(jìn)行常規(guī)測量的基礎(chǔ)上，能克服思維定勢，根據(jù)需要選擇器材，靈活運(yùn)用不同的測量方法。

2.1 立足常規(guī)實(shí)驗(yàn)，再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)情境

該問以學(xué)生熟悉的教材實(shí)驗(yàn)為藍(lán)本，考查學(xué)生電流表、電壓表、滑動變阻器等器材的使用技能，會根據(jù)電壓表有示數(shù)、電流表無示數(shù)的現(xiàn)象，分析、判斷出故障是C處斷路，注重對實(shí)驗(yàn)過程的考查。

2.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)路徑，克服思維定勢

(1) 依據(jù)題干中的信息及歐姆定律判斷,將未知大電阻R2接入電路中，電路中電流太小，無法準(zhǔn)確讀數(shù)；

(2) 如何只用一只電壓表測出大電阻R2？學(xué)生需要設(shè)計(jì)電路，根據(jù)所學(xué)知識，若將電壓表和已知電阻并聯(lián)，則可以等效為電流表，再和未知大電阻串聯(lián)，可計(jì)算得出電路中的電流；

(3) 題中小電阻R1已經(jīng)測出，阻值是5Ω，這其實(shí)是一個(gè)干擾條件，如果選擇定值電阻R1與電壓表并聯(lián)，依舊運(yùn)用串聯(lián)電路的分壓原理，電壓表無法準(zhǔn)確測出電壓，從而否定了R1的選擇，學(xué)生只能選擇題中額外補(bǔ)充的電阻箱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，才可以完成測量，設(shè)計(jì)出電路(圖2)。

圖2

該題要求學(xué)生會運(yùn)用“等效替代法”進(jìn)行測量?！暗刃娲ā笔窃诒ＷC效果相同的前提下，將復(fù)雜的情景變換成簡單模型的思維方法，它在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。例如在常規(guī)的器材缺少或不適用、無法直接測出某物理量時(shí)，可以借助其他元件進(jìn)行間接測量。題中將已知電阻和電壓表并聯(lián)替代了電流表，與待測電阻串聯(lián)；同理，還可以將已知電阻和電流表串聯(lián)替代電壓表，與待測電阻并聯(lián)。

本題的設(shè)計(jì)獨(dú)特新穎，題中沒有直接告知學(xué)生只有電壓表或只有電流表，而是兩種電表都提供，學(xué)生需要根據(jù)題中的條件自主選擇電表，設(shè)計(jì)電路。為保證測量的可行性，在具體操作中還需要調(diào)節(jié)電阻箱，使其電阻和R2的阻值接近。

2.3 巧用生活器材，突破思維局限

3 啟示與建議

教師在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不能過分依賴現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)器材和思路，應(yīng)多方位設(shè)計(jì)、多角度分析，打破常規(guī)的思維定勢，尋求促進(jìn)學(xué)生智慧生長的有效途徑，為此筆者提出以下教學(xué)建議。

3.1 明確實(shí)驗(yàn)原理，保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性

物理原理是實(shí)驗(yàn)的理論依據(jù)，在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生需要明確實(shí)驗(yàn)原理，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)，要回歸實(shí)驗(yàn)的最初狀態(tài)，依據(jù)原理進(jìn)行科學(xué)分析。

例1：用相同的熱源分別給質(zhì)量為1kg和2kg的甲、乙兩種物質(zhì)加熱3min，溫度的變化如圖3所示，則甲、乙兩物質(zhì)的比熱容大小c甲______c乙(選填“大于”“小于”或“等于”)。

該題主要考查了學(xué)生對吸熱公式的掌握和運(yùn)用，學(xué)生僅根據(jù)溫度-時(shí)間圖像認(rèn)為：甲、乙吸收相同的熱量，溫度升高大的比熱容小，得出乙的比熱容大的錯(cuò)誤結(jié)論，忽略了質(zhì)量因素。因此，在總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生打破思維定勢，提升認(rèn)知能力。

圖3

3.2 基于實(shí)驗(yàn)條件，提高實(shí)驗(yàn)的可行性

在測量性實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)根據(jù)物理原理，確定測量對象，由題中所給的條件及測量工具，在常規(guī)測量方法的基礎(chǔ)上作出相應(yīng)的調(diào)整，設(shè)計(jì)出可行的實(shí)驗(yàn)方案。

例2：小華用彈簧測力計(jì)、燒杯、水、薄塑料袋等測量醬油的密度。

(1) 把適量的醬油裝入塑料袋，排出空氣后扎緊袋口，用彈簧測力計(jì)測出其所受重力G為3.6N；然后用彈簧測力計(jì)提著塑料袋浸沒在水中，如圖4所示，彈簧測力計(jì)示數(shù)F1為N。

圖4

(2) 水的密度為1×103kg/m3，則可算出醬油的密度為kg/m3。

(3) 小華想用上述器材繼續(xù)測量白酒的密度，但白酒的密度比水小。請幫她想出一個(gè)可行的辦法并作簡要說明。

該題主要考查了基本儀器的使用、浮力和密度的知識。該題的難點(diǎn)在于第(3)問，學(xué)生由于受第(2)問常規(guī)測量方法的影響，形成思維定勢，忽略題中“白酒的密度比水小”的條件，認(rèn)為：將適量白酒裝入塑料袋，用彈簧測力計(jì)提著浸沒在水中，可以測出白酒的密度。在實(shí)際操作中卻發(fā)現(xiàn)無法完成測量，由于白酒的密度小于水的密度，所以裝白酒的塑料袋無法像裝醬油的塑料袋一樣浸沒4在水中。當(dāng)發(fā)現(xiàn)常規(guī)的測量方法不可行時(shí)，可根據(jù)條件做出相應(yīng)的調(diào)整，在燒杯中裝入白酒，在塑料袋中裝水，則裝水的塑料袋可以浸沒在白酒中，從而完成測量。

構(gòu)成我們學(xué)習(xí)的最大障礙是已知的東西,而不是未知的東西。教師在教學(xué)中需要鼓勵(lì)學(xué)生打破思維定勢,養(yǎng)成發(fā)散思維的習(xí)慣,提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，為后續(xù)的物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。